Prinzipien der Bildverarbeitung in der Retina der Säugetiere Dr. Alexander Schütz

Aufbau des Auges

Aufbau der Retina

Aufbau der Retina Vertikale Signalübertragung Photorezeptoren (Umwandlung von Licht in elektrische Signale) Bipolarzellen Ganglienzellen Horizontale Signalübertragung Horizontalzellen Amakrinzellen Plexiforme Schichten = Synapsen zwischen den Nervenzellen Zellkörperschichten = Stoffwechselfabriken der Neurone

Photorezeptoren: Zapfen & Stäbchen 3 verschiedenen Typen (L, M, S), die für unterschiedliche Wellenlängen sensitiv sind Grundlage des Farbensehens Tagessehen Stäbchen Nur ein Typ Hohe Sensitivität Nachtsehen

Zapfenbahnen Zapfen werden durch Licht gehemmt. Weiterleitung an Bipolarzellen durch Erregende Synapse (Aus-Bipolar & Aus-Ganglienzellen) Hemmende Synapse (Ein-Bipolar & Ein-Ganglienzellen) Zwei getrennte, parallele Kanäle Hell-Kanal Dunkel-Kanal

Stäbchenbahn Stäbchen werden durch Licht gehemmt. Hemmende Synapse mit Stäbchenbipolarzellen (Ein-Bipolarzellen) Diese haben eine erregende Synapse mit Amakrinzellen (AII). Amakrinzellen: Aus-Schicht: hemmende Synapse mit Aus-Ganglienzellen Ein-Schicht: erregende Synapse mit Ein-Ganglienzellen

Zapfen- & Stäbchenbahnen Zapfen- und Stäbchensignale laufen zuerst auf getrennten Bahnen, Zusammenführung auf Ebene der Ganglienzellen. Zwei getrennte, parallele Bahnen für Hell- & Dunkel- Informationenen

Verteilung der Photorezeptoren Fovea 1:1 Verschaltung von Zapfen Keine Stäbchen Bestes Auflösungsvermögen, Verwendung zum Fixieren, Detailsehen Peripherie Viele Stäbchen konvergieren auf eine Ganglienzelle) Schlechtes Auflösungsvermögen, Dominanz der Stäbchen, kein Detailsehen Blinder Fleck Hier verlässt der Sehnerv das Auge Gar keine Photorezeptoren

Verteilung der Photorezeptoren

Übergang vom Zapfen zum Stäbchensehen Bei der Dunkeladaptation kann der Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen beobachtet werden. Innerhalb der ersten Minuten adaptieren die Zapfen, die jedoch bald ihre maximale Empfindlichkeit erreichen. Danach wird die Empfindlichkeit durch die langsamer adaptierenden Stäbchen bestimmt

Rezeptive Felder von Ganglienzellen Bereich (z.B. im Gesichtsfeld) aus dem Neuron Information enthält Nur wenn ein Reiz innerhalb dieses Feldes ist reagiert das Neuron Anatomische Ausdehnung des Dendritenfeldes bestimmt die Größe des Feldes

Klassifikation der Ganglienzellen

Klassifikation der Ganglienzellen

Alphazellen Physiologische Eigenschaften Psychophysische Eigenschaften Großes Dendritenfeld => Großes rezeptives Feld Phasische Reizantwort Psychophysische Eigenschaften Bewegungssehen Räumliches Sehen, Tiefenwahrnehmung Eignung als Warnsystem und Hinlenkung der Aufmerksamkeit an bestimmten Gesichtsfeldort Globale Formwarnehmung Grobstruktur

Betazellen Physiologische Eigenschaften Psychophysische Eigenschaften Kleines Dendritenfeld => Kleines rezeptives Feld Tonische Reizantwort Psychophysische Eigenschaften Erfassung ruhender Muster z.B. beim Fixieren Detailsehen, Sehschärfe Farbsehen

Klassifikation der Ganglienzellen

Mosaik der Ganglienzellen

Mosaik der Ganglienzellen Funktionelle Überdeckung der Retina von Ganglienzellen Vermeidung von Lücken und Überlappungen Jeder Kanal bildet ein vollständiges Mosaik EIN-Alphazellen AUS-Alphazellen EIN-Betazellen AUS Betazellen Aber: größte Dichte in der Fovea, abnehmende Dichte zur Peripherie

Zusammenfassung Retina klar anatomisch geschichtet, unterschiedliche Nervenzellen Bildverarbeitung findet schon in der Retina statt 3 Dichotomien Photorezeptoren: Zapfen & Stäbchen Kanäle: EIN- & AUS Kanäle Ganglienzellen: Alpha- & Beta- (& Gamma)